惠斯登電橋的原理與應用

大學物理基礎性實驗

【摘要】惠斯登電橋是大學物理基礎性實驗之一。教學輔導中發(fā)現，在理工科中，不同專業(yè)的學員，對惠斯登電橋原理的學習要求各不相同，有的專業(yè)學員對惠斯登電橋原理只作一般性了解和使用；而電子工程技術類的學員則作一般性了解和使用外，還要求對每一個原理在其它項目中的應用。本文對惠斯登電橋原理作了一般性的論證分析外，還對對惠斯登電橋原理在溫度控制技術作了入門式討論分析。

【關鍵詞】惠斯登電橋 交換測量法 熱敏電阻

這里介紹一種測量電阻值大小的方法，這種方法稱為惠斯登電橋測量法。它的特別之處，是在于精確、精細，幾乎省去人在判讀時所形成的誤差。並且由于它的精細，我們要用它去測量電阻阻值和測量電阻隨溫度變化的情形，也就是電阻的溫度系數。究竟惠斯登電橋是如何能夠達到精確、精細的功能？以下就來了解它的原理。

惠斯登電橋（平衡電橋）測電阻的原理. 惠斯登電橋原理圖1中，接通電源，調節(jié)電橋平衡，即調節(jié)電橋四個“臂”R1、R2、R3、Rx，當檢流計G的指針指零，B、D兩點電位相等，則有

式稱為比率k。箱式惠斯登電橋的比率K有0.001，0.01，0.1，1, 10，100，

1000七檔。根據待測電阻Rx大小選擇K，調節(jié)R3使檢流計G為零，

由Rx = KR3 求出待測電阻Rx值。

電流計G 的 B、D兩點電位

(7--2)

(7--3)

由上式看出，當R1R3 = R2Rx時，電流計G 的 B、D兩點電位差Uo=0，電橋處于平衡，這就是惠斯登電橋。

二、 箱式惠斯登電橋的結構線路(以QJ23型箱式直流單臂電橋為例)圖(a)

分析箱式惠斯登電橋的結構線路.提示: 當比率轉換開關K連接到0.001的擋位時, R1代表一只電阻的值， 而R2代表7只電阻串聯值.在不同的擋位時,R1 R2所代表的電阻串聯值.各不相同.Rx:被測電阻接線柱R3:由四個可變電阻箱串聯組成.每個可變電阻箱的擋位X1Ω、X10Ω、X100Ω、X1000Ω構成.箱式惠斯登電橋的操作法1.檢流計的指針作調零處理.

2.確定待測量電阻的大致數值,在Rx被測電阻接線柱間接上被測量電阻.

3.根據被測量電阻的大小值選定比率轉換開關K連接的擋位.

4.測量時用躍接法按下"B"和"G"按鈕(按下后立即

松開)，若指針偏向"+"方向.則增加R3的數值;若指針偏向"-"方向,則減小R3的數值,反復調節(jié)直至電橋平衡.

5.測量有感電阻(如電機、變壓器等)時,應先接通"B"和后接通"G"按鈕,斷開時應先放開"G"再放開"B".

6.使用完畢,必須斷開"B"和"G"按鈕,并且將檢流計的聯接片接在"內接"位置,也保護檢流計.

2．箱式惠斯登電橋的結構(以QJ23型箱式直流單臂電橋為例)

版面布置圖. 圖(B)

三、測量方法

在被測電阻位置接待測電阻Rx按惠斯登電橋的操作方法直接測量.

交換測量法:

當比率K不變,Rx和R3的位置相互交換,得到R`3= KRx , R`3是交換后電橋平衡的新值,將Rx=KR3和R`3=KRx兩式整理得

得到的結果與比率K系統無關，說明此法可以抵消系統誤差的影響.

惠斯登電橋原理在溫度控制技術中的應用

惠斯登電橋原理的應用:惠斯登電橋可以測量電阻、電容、電感、溫度、頻率、及壓力等許多物理量,同時廣泛應用在自動控制技術中.

惠斯登電橋原理在溫度控制技術中的應用若R1、R2、R3為固定電阻，Rx為熱敏電阻,即隨溫度變化的電阻，Rx=R (t)。設室溫t= t0時，Rx= Rx0，當溫度t = t0+Δt時，Rx = Rx0+ΔRx，由（4-22-3）式求得電壓Uo為：

（7--4）

在室溫t0時要預調平衡，即調節(jié)R1、R2和R3，使R1R3=R2Rx0，則（4-22-4）式變?yōu)椋?

（7--5）

若Rx電阻變化很小，ΔRx<< R1、R2、R3，則（4-22-5）式分母中ΔRx項可以略去，（7--5）式變?yōu)椋?/DIV>